□ 呂 爽 趙中奇 譚旭東 盧嘉軒 黃 煥

1??引言

在大體積混凝土施工過(guò)程中，模板工程至關(guān)重要，占混凝土工程成本的40%左右。模板體系往往影響著施工質(zhì)量、速度和成本。同時(shí)模板的制作與安裝質(zhì)量，對(duì)于保證混凝土結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的外觀平整和幾何尺寸的準(zhǔn)確，以及結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度等起著重要的作用。模板工程施工也是關(guān)乎整個(gè)施工安全的重中之重，保證模板結(jié)構(gòu)完整性是近年來(lái)模板設(shè)計(jì)、施工中的重點(diǎn)[1-2]。目前，鋼木組合模板在橋梁、高速公路等高墩施工中較為常見(jiàn)，其主要優(yōu)點(diǎn)為：

（1）施工簡(jiǎn)單、方便，速度快，可提高工效15%～20%；

（2）鋼木模板自重輕、周轉(zhuǎn)重復(fù)使用率高；

（3）采用現(xiàn)場(chǎng)拼裝，免去山路顛簸造成的模板損壞；

（4）角部鋼模板銜接，保護(hù)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定。

在混凝土澆筑過(guò)程中，鋼木模板所承受的力包括模板側(cè)壓力、澆筑混凝土?xí)r的沖擊力、振搗時(shí)的振搗力及混凝土水化熱所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。而這些力的合力應(yīng)小于模板的屈服應(yīng)力，并應(yīng)有一些盈余，否則模板會(huì)產(chǎn)生較大的變形甚至發(fā)生爆模[3-5]。為避免此類(lèi)安全事故的發(fā)生，鋼木模板中型鋼背楞及陽(yáng)角處鋼模板在保證整體模板結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度上起到重要作用。目前學(xué)者對(duì)中型鋼背楞研究較多，對(duì)于陽(yáng)角處鋼模板，特別是銜接鋼模板與鋼木模板之間的斜拉桿受力研究較少，特別是對(duì)于斜拉桿的材料、強(qiáng)度沒(méi)有具體說(shuō)明，也沒(méi)有相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，僅是施工單位結(jié)合實(shí)際施工情況進(jìn)行臨時(shí)組裝，這樣不但會(huì)導(dǎo)致澆筑成型后的結(jié)構(gòu)棱角處不美觀、不平整，還不能保障施工過(guò)程中的安全性及結(jié)構(gòu)使用的耐久性。

本文結(jié)合貴州省某大橋薄壁空心墩墩身施工中，鋼木模板結(jié)構(gòu)陽(yáng)角處斜拉桿在混凝土澆筑到拆模之間的受力變形情況，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)并對(duì)測(cè)試結(jié)果分析，得出在此類(lèi)工程中采用普通Q235鋼斜拉桿的可行性，為此類(lèi)工程模板設(shè)計(jì)及施工提供數(shù)據(jù)參考。

2??工程概況

貴州省某在建大橋薄壁空心墩，墩身尺寸6.5m×3.0m，選用懸臂爬升鋼木模板進(jìn)行施工，模板在現(xiàn)場(chǎng)拼裝完成。混凝土墩柱陽(yáng)角處采用剛度較大、變形小的鋼模板，鋼模板的受力是整體結(jié)構(gòu)形狀完整、美觀的重要保障。為保障鋼木模板與陽(yáng)角處鋼模板融為一體，采用D20普通Q235鋼斜拉桿將鋼模板與左右兩側(cè)鋼木模板固定，既可以保證施工安全，還可以使?jié)仓瓿傻亩罩饨欠置鳎烙^整潔。斜拉桿示意圖如圖1所示。

為使鋼木組合模板在混凝土澆筑過(guò)程中不發(fā)生漏漿現(xiàn)象，模板陽(yáng)角處的設(shè)計(jì)十分重要，鋼木模板陽(yáng)角處采用鋼模板，并用斜拉高強(qiáng)螺桿固定。在施工過(guò)程中陽(yáng)角處斜拉桿的受力變形，直接影響陽(yáng)角處鋼模板及兩側(cè)模板整體受力情況。因此，在施工過(guò)程中對(duì)于模板陽(yáng)角處斜拉高強(qiáng)螺桿的應(yīng)變測(cè)試是判斷模板變形的重要依據(jù)[6-7]。

圖1 陽(yáng)角處斜拉桿示意圖

3??測(cè)點(diǎn)布置

測(cè)試開(kāi)始時(shí)間2019年9月20日15時(shí)25分，測(cè)試完畢時(shí)間為2019年9月21日7時(shí)04分，共進(jìn)行16.5h?；炷猎跐仓_(kāi)始6h左右達(dá)到初凝，有效壓頭高度在1.5m～2.5m。

由于墩身結(jié)構(gòu)為“回”字形結(jié)構(gòu)，故僅對(duì)1/4陽(yáng)角進(jìn)行測(cè)試分析，沿墩身高度方向陽(yáng)角處鋼模板共布置4根斜拉鋼桿，分別距離鋼模板底部0.3m、1.5m、2.7m、4.05m處，最大間距1350mm，與鋼木模板型鋼背楞保持一致高度。斜拉桿兩端采用安全扣固定在鋼木模板型鋼背楞上，混凝土澆筑前，在斜拉桿中間部位安裝電阻式應(yīng)變計(jì)進(jìn)行非接觸測(cè)試，直接利用筆記本電腦進(jìn)行自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，觀察斜拉桿在混凝土澆筑到終凝整個(gè)施工過(guò)程中微應(yīng)變變化情況[8-10]。圖2所示為陽(yáng)角處斜拉桿測(cè)點(diǎn)位置。

圖2 陽(yáng)角處鋼模板斜拉桿位置圖

4??測(cè)試結(jié)果及分析

從混凝土澆筑一開(kāi)始既進(jìn)行測(cè)試，應(yīng)變計(jì)每秒計(jì) 20個(gè)變化數(shù)據(jù)，記錄結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)。每30min取36000組數(shù)據(jù)整理得出平均值進(jìn)行曲線繪制，減小誤差。如圖3為模板陽(yáng)角處不同高度斜拉螺桿隨測(cè)試時(shí)間的微應(yīng)變變化情況。

圖3 陽(yáng)角處斜拉桿應(yīng)變變化曲線圖

從圖3中可以看出，距離模板頂端最近的斜拉桿1在混凝土澆筑階段始終受拉，在測(cè)試0h～6h之間由于混凝土澆筑對(duì)鋼木模板產(chǎn)生側(cè)壓力，導(dǎo)致模板發(fā)生微小變形，斜拉桿此時(shí)起到約束模板變形的作用，持續(xù)受拉，微應(yīng)變發(fā)生變化。測(cè)試開(kāi)始6h～12h期間，由于混凝土水化放熱導(dǎo)致混凝土內(nèi)部體積膨脹，增大對(duì)鋼木模板的側(cè)壓力作用，斜拉桿變形增大，微應(yīng)變變化斜率相比澆筑階段有所增加。12h～16h混凝土已由“液態(tài)”轉(zhuǎn)化為“固態(tài)”，側(cè)壓力不再發(fā)生劇烈變化，基本保持穩(wěn)定，最大微應(yīng)變?cè)跍y(cè)試開(kāi)始14h左右達(dá)到，最大值為148.74με，對(duì)應(yīng)最大應(yīng)力值為31.24MPa。

斜拉桿2距離模板上端2m處，在混凝土澆筑、凝結(jié)硬化過(guò)程中始終受拉，測(cè)試開(kāi)始0h～2h斜拉桿變形迅速增大，主要是由于在2h時(shí)斜拉桿2附近對(duì)混凝土進(jìn)行間歇性振搗，導(dǎo)致應(yīng)變儀微應(yīng)變變化量發(fā)生跳躍性增加，振搗結(jié)束數(shù)據(jù)趨于平緩，最大拉應(yīng)變同樣在測(cè)試開(kāi)始14h左右達(dá)到，最大拉應(yīng)變?yōu)?96.54με，對(duì)應(yīng)最大拉應(yīng)力為41.27MPa，是斜拉桿1所受拉應(yīng)力的1.32倍。

斜拉桿3位于距離模板上端3.2m、下端1.5m處，此位置為混凝土澆筑產(chǎn)生側(cè)壓力的有效壓頭高度位置，所受模板側(cè)壓力最大，斜拉桿3起到約束作用相對(duì)較大。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)中可以得出，在混凝土澆筑一開(kāi)始，斜拉桿微應(yīng)變呈線性急劇增加，最大值在混凝土終凝后達(dá)到，斜拉桿3所受最大拉應(yīng)變?yōu)?17.82με，對(duì)應(yīng)最大拉應(yīng)力為45.72MPa，是斜拉桿1受力的1.46倍，斜拉桿2受力的1.11倍，變形增大10.8%～46.4%。

斜拉桿4位于距離模板下端0.3m處，澆筑首節(jié)，斜拉桿靠近實(shí)心墩，其余節(jié)段靠近已澆筑完成的混凝土結(jié)構(gòu)，故模板受力變形較小。此處斜拉桿位于模板最下端，混凝土最先澆筑完成，斜拉桿受力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于上面三根斜拉桿，最大拉應(yīng)變?cè)跍y(cè)試開(kāi)始10h～12h達(dá)到，微應(yīng)變變化量為55.18με，對(duì)應(yīng)拉應(yīng)力為11.59MPa，僅是有效壓頭高度處斜拉桿3應(yīng)力值的25.3%。

以上測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果分析說(shuō)明，鋼木模板陽(yáng)角處鋼模板采用D20普通Q235鋼斜拉桿在整個(gè)模板體系中處于重要位置，在混凝土澆筑至凝結(jié)硬化整個(gè)過(guò)程中一直受拉應(yīng)力作用。經(jīng)數(shù)據(jù)分析得出斜拉桿3發(fā)生微應(yīng)變變化量最大，最大拉應(yīng)變變化量出現(xiàn)在有效壓頭高度附近，對(duì)于最大拉應(yīng)力為45.72MPa，小于Q235鋼材屈服應(yīng)力235MPa，安全系數(shù)為5，結(jié)構(gòu)安全。

5??數(shù)值模擬計(jì)算及結(jié)果分析

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工測(cè)試結(jié)果利用有限元軟件ABAQUS對(duì)變形最大斜拉桿3進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，計(jì)算斜拉桿的受力情況。如圖4 所示為斜拉桿3應(yīng)力變化。

圖4 應(yīng)力變化數(shù)值模擬結(jié)果

數(shù)值模擬計(jì)算可發(fā)現(xiàn)在斜拉桿施工中，桿件中部受力最大，最大應(yīng)力為47.9MPa，其次斜拉鋼桿兩端由于固定扣固定桿件與模板之間作用，應(yīng)力可達(dá)到43.92MPa。

數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析，二者相差4.7%，誤差率小于5% ，誤差在允許范圍內(nèi)，證明了該模型的合理性。說(shuō)明 ABAQUS 有限元軟件模擬結(jié)構(gòu)受力是可行的，在工程實(shí)際中可以運(yùn)用該軟件進(jìn)行預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)隱在風(fēng)險(xiǎn)。

6??結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)某在建大橋薄壁空心墩鋼木組合模板陽(yáng)角處鋼模板斜拉桿在混凝土澆筑凝結(jié)過(guò)程中應(yīng)變變化測(cè)試結(jié)果分析，得出以下3點(diǎn)結(jié)論。

（1）陽(yáng)角處鋼模板斜拉桿采用D20普通Q235鋼在施工過(guò)程中應(yīng)變變化滿足規(guī)范要求，施工安全。

（2）陽(yáng)角處鋼模板斜拉桿受力變形在1.5m處最大，最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在有效壓頭高度附近，最大拉應(yīng)力為45.72MPa。

（3）數(shù)值模擬計(jì)算得出斜拉桿最大受力位于中間，最大應(yīng)力為47.9MPa，相對(duì)實(shí)測(cè)值大4.7%，滿足規(guī)范要求。